Ротациони систем клизних прстенова: када интегрисати

Када машина мора непрекидно да се ротира док подржава тешка оптерећења, преноси снагу флуида и преноси електричну енергију или податке преко исте осе, распоред направљен од одвојених делова брзо се компликује. Црева се увијају. Замор каблова. Заграде једу простор. Приступ сервису нестаје.

То је проблем који је направљен да реши интегрисани систем клизних прстенова са ротационим спојевима. У једном координисаном склопу, лежај окретног прстена носи структурално оптерећење, вишеструки ротациони спој преноси течне медије, а електрични клизни прстен преноси снагу, контролне сигнале и податке кроз ротирајући зглоб.

Овај водич објашњава како се три компоненте уклапају заједно на једну ос, када је интегрисани дизајн прави позив, а када није, параметре које треба да наведете исправно и грешке у дизајну које узрокују већину проблема на терену. Написан је за ОЕМ инжењере за дизајн и набавку, а прегледали су га наши инжењери за апликације клизних прстенова, ослањајући се на обрасце које стално виђамо у пројектима прилагођених ротирајућих-интерфејса.

Шта је интегрисани систем ротационог споја, клизног прстена и окретног прстена?

Интегрисани ротирајући интерфејс доводи три посла у један склоп који се окреће око заједничке осе: подршка структурном оптерећењу, пренос флуида и пренос електричне енергије, сигнала или података. Уместо да усмерава црева и каблове око спољашњости ротирајуће структуре, систем их пролази кроз или око осе ротације под контролом.

Лежај окретног прстена: основа за{0}}ношење оптерећења

Лежај окретног прстена, који се назива и окретни прстен или лежај окретне плоче, је структурни спој система. Подржава ротирајући део док носи аксијална оптерећења, радијална оптерећења и оптерећење моментом нагиба које ствара померена грана или алат. У већини дизајна окретни прстен такође чини део погона: унутрашњи или спољашњи зупци зупчаника омогућавају зупчанику, хидрауличном мотору или мењачу да окрећу ротирајући део.

Зашто је то важно: тренутно оптерећење, а не статичка тежина, обично одлучује о величини лежаја. Купола која је мало тешка, али има дугу руку може да створи велики момент превртања, а мањи лежај ће се отклонити, везати или истрошити рано. Типични домаћини укључују куполе за кранове и багере, ротационе столове,-хватаљке за руковање материјалом и{3}}платформе окренуте према ветру.

Мултипорт Ротари Унион: Трансфер течности

Вишеструки ротациони спој (који се назива и ротациони спој или, када помера уље, ахидраулички ротациони спој) преноси течност из стационарног довода у ротирајући део машине. Може да поднесе хидраулично уље, ваздух, воду, расхладну течност, маст или вакуум. Део „више портова“ значи да неколико независних кола пролази кроз један ротирајући интерфејс: ротирајући прикључак може да користи једно коло за активирање, једно за повратак, једно за контролу пилота и друго за подмазивање или хлађење, при чему је сваки круг затворен од осталих.

Зашто је то важно: број портова је најмање важан број. Тип медија, притисак, брзина протока, температура и ограничење брзине{1}}брзине притиска заптивке (ПВ) при стварној брзини ротације одређују да ли ће спој опстати. Исти спој који ради срећно на 210 бара у спорој примени може да се прегреје и истроши своје заптивке при истом притиску ако се брзина или радни циклус повећају.

Електрични клизни прстен: снага, сигнал и пренос података

Анелектрични клизни прстенпреноси електричну енергију, контролне сигнале, повратне информације сензора и комуникационе податке између стационарне и ротирајуће стране. Савремени клизни прстен ретко само покреће снагу: може да носи повратне информације енкодера, команде вентила, саобраћај на Етхернет или ЦАН магистрали, видео записе камере и податке о температури на истом чворишту. Ово је најважније када ротирајући склоп укључује сензоре, светла, актуаторе, камере или паметне контролне модуле који морају да разговарају са фиксним контролером док се машина окреће.

Како се три комбинују на једној оси

У типичном интегрисаном склопу три функције су сложене коаксијално око једне осе ротације. Окретни прстен чини спој између фиксне базе и ротирајуће платформе. Уобичајени распоред је шупљи, кроз-изглед отвора: ротациони спој се налази у средини да носи водове течности, а клизни прстен је монтиран изнад, испод или око њега да носи проводнике. Пролази за течност слећу на ротирајућу страну кроз ротор споја; проводници слете на ротор клизног прстена; стационарни водови за снабдевање и ожичење машине остају причвршћени за базу.

Две одлуке обликују цео изглед:

• Који члан ротира.На окретном прстену бирате да ли се унутрашња или спољашња трка окреће и да ли зупчаник лежи на унутрашњем или спољашњем прстену. Тај избор одређује где ће завршити погонски зупчаник, спојни прикључци и излази каблова.
• Како се течни и електрични путеви држе одвојено.Течни и електрични медији никада не би требало да деле запечаћену шупљину. Заптивка која цури не сме да поплави контакте клизног прстена, тако да ове две функције припадају одвојеним, појединачно дренираним одељцима.

Инжењерска напомена: потврдите пречник отвора{0}}пре него што се структура детаљније објасни. Централни отвор мора да очисти свако црево, фитинг и сноп каблова који пролазе кроз њега, као и само тело спојнице. Откривање да је отвор премали након дизајнирања оквира једна је од најскупљих касних промена на овој врсти пројекта.

Зашто комбиновати ове три компоненте?

Комбиновање ротационог споја, клизног прстена и лежаја окретног прстена није само трик за паковање. Уклања неколико тачака квара које се изнова појављују у ротирајућим машинама.

Чистије усмеравање кроз једну осу

За одвојено вођење флуидних и електричних водова око ротирајуће структуре обично су потребни додатни носачи, штитници, петље, вучни ланци и окретни ослонци. Интегрисани интерфејс организује та кола око осе ротације уместо да их форсира око спољашње стране машине, што оставља чишћи распоред-за-заштиту лакшим.

Мање увртања црева и замора каблова

Поновљено увртање је један од највећих непријатеља ротирајуће опреме. Хидраулична црева и електрични каблови толеришу само толико ротације пре него што дође до замора, хабања или напрезања савијања. Ротациони спој спречава увијање водова за течност, а клизни прстен чини исто за проводнике, тако да машина може да ротира без намотавања било чега око структуре.

Граница која је битна: ова погодност се примењује када се деоница непрекидно ротира, прави више окрета или има неограничено ротирање. Ако осцилује само кроз ограничени лук, на пример неколико замаха од плус или минус 180 степени по циклусу, флексибилни каблови и црева у носачу каблова су често једноставнији и јефтинији од клизног прстена и споја. Интегрисани приступ зарађује своје трошкове посебно тамо где ниједан разбојни разбој не би преживео.

Компактнији распоред

Унутар купола, компактних прикључака, роботских зглобова и ротационих столова је мало простора. Одвојени лежај, хидраулични окретни и клизни прстен могу заузети превише аксијалног или радијалног простора. Преклапање функција на једну осу враћа тај простор за структуру, погонске компоненте, штитнике или приступ сервису, што помаже када опрема мора да остане мала или лагана.

Мање тачака неуспеха

Већина ротирајућих{0}}кварова на интерфејсу прати кратку листу узрока: црево које је продрло након хиљада циклуса, кабл који ради-очвршћава и пуца на месту савијања или држач попушта под вибрацијом. Повлачењем тих веза у један пројектовани интерфејс уклања импровизоване заграде и неподржане петље где ти кварови почињу.

Зашто је то важно, уз упозорење: повећање поузданости је стварно, али условно. То зависи од избора заптивки, контактне технологије и плана одржавања, а не од саме интеграције. Добро-наведен интегрисани интерфејс уклања режиме грешака; лоше специфициран их једноставно сакрива у-тежем-услужном пакету.

Једноставнија ОЕМ монтажа

За ОЕМ, унапред{0}}пројектовани склоп замењује три система за монтажу једним. Уместо монтирања и поравнања три подсклопа и усаглашавања три снопа толеранција при коначном склапању, тим ради на једном интерфејсу за монтажу са једним шаблоном вијака. То уклања операције поравнања на линији и скраћује монтажну и сервисну документацију.

Интегрисани систем наспрам одвојених компоненти

Тачан одговор зависи од машине. Потпуно интегрисан систем није увек потребан, али је обично бољи избор када су простор, поузданост и рутирање све важни одједном.

Где се користе интегрисани дизајни

Најјаче примене су машине којима је потребна ротација, подршка за оптерећење, течна снага и електрична контрола на истом месту. Потребе се разликују у зависности од индустрије, тако да се фокус дизајна помера са сваком од њих.

Тешка опрема, дизалице и багери

Сценарио: дизалице, бушилице, хватаљке и прикључци за багер ротирају радни горњи део преко фиксне базе, црпећи хидрауличну снагу за кретање и електричну енергију и сигнале за контроле, светла и повратне информације.

Типични захтеви: неколико хидрауличних кругова средњег{0}}до-високог-притиска, одводни вод кућишта{3}}, напајање за актуаторе и осветљење и повратне информације од сензора положаја или притиска.

Фокус на дизајну: велика моментална оптерећења од гране или алата, ударно оптерећење и заптивање на отвореном. Хидраулички притисак у комбинацији са континуираним окретањем чини животни век заптивке и оцењивање момента лежаја ограничавајућим факторима. Ово је класично кућиште за клизни прстен уграђен у ротирајући додатак, попут јединица на којима се користебагери и други ротирајући прикључци.

Ветротурбине и обновљива енергија

Сценарио: велики ротирајући системи који преносе снагу, контролне сигнале, а понекад и хидрауличке функције или функције подмазивања преко ротационог зглоба. У турбинама на ветар ово се појављује на интерфејсу скретања и нагиба и на клизном прстену од гондоле{1}}до-главчине.

Типични захтеви: напајање и контрола преко споја, сигнали за{0}}надгледање стања и веома дуги интервали одржавања јер је приступ тежак и скуп.

Фокус дизајна: поузданост током дугог радног века, здрава стратегија муње и уземљења и заштита од кондензације и температурних промена. Турбина обично користи неколико различитих ротирајућих интерфејса, а не један универзални склоп, тако да „интеграција“ овде значи усклађивање сваког интерфејса са његовим задатком. Посвећеносистеми клизних прстенова ветротурбинасу изграђене за ове специфичне позиције.

Роботика и Ротациона аутоматизација

Сценарио: зглобови и базе робота, ротирајући индексери, позиционери за заваривање и ротирајуће главе за инспекцију којима је потребан компактан пренос снаге, сигнала, података, ваздуха или вакуума.

Типични захтеви: много ниско{0}}струјних канала сигнала и података, често Етернет или сабирница поља, упакованих у мали пречник, са малим обртним моментом и великим бројем циклуса.

Фокус на дизајну: величина пакета, интегритет сигнала и избегавање кабловских петљи које захватају или оштећују поновљивост. Овде су контактна технологија клизног прстена и број канала важнији од оптерећења. Компактни сигнални клизни прстенови зароботи, РОВ и УАВсу типично уклапање.

ЦНЦ машине и ротациони столови

Сценарио: алатне машине и ротациони или нагибни столови који усмеравају расхладну течност, подмазивање, снагу вретена или осовине, повратне информације енкодера и сигнале{0}}промене алата или стезања кроз ротирајући део.

Типични захтеви: кола за хлађење и подмазивање при умереном притиску, плус поуздани енкодер и контролни сигнали.

Фокус дизајна: чување расхладне течности и струготина на електричном путу и ​​заштита сигнала енкодера од буке у погону. Класа заптивања и чистоћа контакта утичу на прецизност и време непрекидног рада.

Паковање, пуњење и обрада хране

Сценарио: ротирајући пуниоци, затварачи и етикете који раде непрекидно, често 24 сата.

Типични захтеви: ваздушни и вакуумски водови, сигнали сензора и актуатора и електрични прикључци{0}}на ротирајућим куполима.

Фокус на дизајну: веома велики број циклуса и, у погонима за храну, изложеност прању и хигијенска{0}} правила о материјалу. Замор и улазак кабла су уобичајени начини квара, тако да се затворени интерфејс за континуирано-ротирање брзо враћа.

Поморство, на мору и руковање материјалима

Сценарио: дизалице на палуби, витла, утоварне руке и опрема за руковање који се ротирају у сланом спреју, временским приликама и сталним вибрацијама.

Типични захтеви: робустан пренос течности и снаге, материјали отпорни на корозију-и висока заштита од уласка.

Фокус дизајна: заштита од корозије, заптивање, отпорност на ударце и вибрације и могућност сервисирања на мору, где је застој изузетно скуп. Избор материјала и дизајн заптивки овде доминирају дизајном.

Ток рада у дизајну интеграције

Одређивање ових система иде лакше као низ него као једна контролна листа. Сваки корак доводи до следећег, а прескакање раног обично доводи до каснијег прераде.

• Корак 1: Прикупите податке апликације.Оптерећења, профил ротације, кола флуида, електрична кола, животна средина, монтажа и сервисна очекивања. Ово је улаз за све што следи, и ту већина пројеката или успе или застој.
• Корак 2: Дефинишите ротирајући{1}}изглед интерфејса.Подесите коаксијални сноп, величину пролазног{0}}отвора, који члан ротира, и правце портова и излаза каблова пре него што се нацрта било каква детаљна структура.
• Корак 3: Димензионирајте окретни прстен за реална оптерећења.Користите стварна аксијална, радијална и моментна оптерећења са динамичким факторима, одаберите распоред зупчаника и потврдите да је монтажна структура довољно чврста да не изобличи лежај.
• Корак 4: Одредите кругове течности и ротациони спој.Закључајте пролазе, медијум, притисак, проток и температуру, а затим проверите век заптивке при радној брзини, а не само при радном притиску.
• Корак 5: Одредите електрична кола и клизни прстен.Прво одвојите напајање од сигнала ниског{0}}нивоа на папиру: дефинишите напон, струју, канале, типове сигнала, протоколе података, заштиту и уземљење.
• Корак 6: Планирајте усмеравање, монтажу, уземљење и приступ сервису.Одлучите како црева и каблови улазе и излазе, где се налазе тачке масти и конектори и како ће склоп бити прегледан и замењен.
• Корак 7: Прегледајте, прототипирајте и потврдите.Потврдите дизајн са добављачем, а затим тестирајте притисак, ротацију, електричне и еколошке перформансе пре него што се посветите производњи.

Кључни инжењерски параметри које треба потврдити пре пројектовања

Најбржи начин да добијете тачну понуду и исправан склоп је да испоручиоцу предате комплетан пакет података. Третирајте листе испод као тај пакет.

Механички и ротациони

• Аксијална, радијална и моментна оптерећења, укључујући динамичка и ударна оптерећења
• Угао ротације: континуирано, више{0}}окретање или ограничено осциловање
• Брзина ротације и радни циклус
• Оријентација монтаже и крутост конструкције

Кругови флуида

• Број пасуса и врста медија за сваки
• Притисак, брзина протока и температура
• Величина и оријентација порта, плус ограничења цурења и филтрације

Електрични и подаци

• Напон, струја и број кола
• Типови сигнала и протоколи података, са забележеном осетљивошћу на шум
• Стратегија заштите и уземљења, тип конектора и очекивани радни век

Животна средина

• Циљ заштите од уласка постављен саИЕЦ 60529 ИП систем рејтинга, на пример ИП65 за прашину-отпоран на воду-прскање-отпоран на употребу на отвореном
• Отпорност на корозију, опсег радне температуре и изложеност прању, прашини, УВ или морским условима

Монтажа и сервис

• Шема вијака, равност монтаже, поравнање и положај-руке или против{1}}окретања обртног момента
• Правци и зазори излаза црева и каблова
• Приступ тачкама за подмазивање, конекторима и простору за инспекцију, плус процедура замене

Уобичајене грешке у дизајну које треба избегавати

Одабир само према броју портова

Унија „шест-портова“ или „осам-портова“ не одговара аутоматски апликацији. Медији, притисак, брзина, проток, температура, заптивање и монтажа су исто толико важни. Зашто је то важно: погрешна заптивка или ПВ оцена не успевају у употреби чак и када је број портова тачно тачан.

Третирање сигнала попут струјних кола

Клизни прстен који покреће светла или основно напајање није аутоматски погодан за повратне информације кодером, Етхернет, видео камеру или индустријску комуникацију. На њих треба обратити пажњуоклоп и физичко раздвајање између струјних и сигналних кола, адресиран на почетку дизајна. Зашто је то важно: преслушавање и бука оштећују податке и очитавања сензора много пре него што било шта физички изгледа погрешно.

Потцењивање тренутних оптерећења

Окретни прстен чини више него што дозвољава ротацију; подржава конструкцију под реалним радним оптерећењима. Подцените моментална, ударна или-нецентрична оптерећења, а лежиште и околна структура плаћају то прогибом и раним хабањем.

Игнорисање излазног смера црева и кабла

Чак и са интегрисаним склопом, лоше планирање излаза ствара напрезање при савијању, трљање и сервисне главобоље. Рутирање припада дизајну од самог почетка, а не као накнадна мисао када се геометрија поправи.

Заборављање приступа за одржавање

Компактан дизајн помаже само ако се још увек може сервисирати. Тачке за подмазивање, конектори, поклопци за инспекцију и размаци за замену треба да буду решени пре него што се распоред машине замрзне. Рано одлучите да ли је склоп-заменљив на терену или само фабрички-јер тај избор утиче на време застоја и трошкове животног циклуса.

Куповина три дела уместо дизајнирања једног интерфејса

Спој, клизни прстен и окретни прстен су три компоненте на полици, али у машини раде као један ротирајући интерфејс. Третирање према њима као неповезаним деловима доводи до проблема са поравнањем, сукоба рутирања и сложености која се може избећи.

Када потпуно интегрисан систем можда није неопходан

Интеграција није подразумевана. Једноставнији распоред може бити бољи инжењерски избор када:

• секција се ротира само кроз мали, ограничени лук
• потребна је само једна флуидна линија или једно електрично коло
• има доста простора за рутирање
• ротирајући део је лаган-и ниског-циклуса
• машина је лако доступна за одржавање
• одвојени делови смањују трошкове без додавања ризика за поузданост

Циљ је распоред који најбоље уравнотежује поузданост, паковање, употребљивост и цену, а не интеграцију ради самог себе.

Пример дизајна: Компактна окретна купола са хидрауличком, струјном и ЦАН сабирницом

Размислите о непрекидној окретној куполи од 360 степени на мобилном возилу за преглед. Купола носи главу алата, покреће је хидраулички, напаја радна светла и враћа податке о положају и камери у кабину.

За одвојену{0}}конструкцију компоненти би био потребан окретни лежај, спољни хидраулички обрт, самостални клизни прстен, неколико носача, петље за црева и штитници каблова, плус простор и време за монтажу да би се све то поравнало. Интегрисани склоп поставља подршку за оптерећење, пренос течности и електрични пренос око једне осе. Црева и каблови пролазе кроз средишњи отвор, тако да се ништа не вијуга споља док се купола окреће. У пракси резултат је мање носача, нема спољних петљи за црева, лакши приступ конекторима и бржа, поновљива финална монтажа.

Репрезентативне спецификације за ову куполу могу изгледати као у табели испод. Бројеви су илустративни; ваша оптерећења, притисци и број канала потичу из вашег радног циклуса. Поента је ниво детаља који добављач треба да цитира прилагођени склоп.

Кеи Такеаваис

Вишеструки ротациони спој, електрични клизни прстен и лежај окретног прстена припадају заједно када ротирајућа машина мора да носи терет, преноси течност и пропушта електричну енергију или податке кроз исти интерфејс. Права вредност није само уштеђени простор; То је контролисано усмеравање, мање напрезања црева и каблова, чвршће паковање и поузданији ротирајући систем.

За једноставне машине, одвојени делови могу бити довољни. За компактну,-опрему за тешке услове рада, висок-циклус или више-функцијску ротирајућу опрему, интегрисани дизајн чини машину чистијом за израду и лакшу за одржавање. Најбољи први корак је да дефинишете оптерећење, профил ротације, флуидна кола, електрична кола, окружење и захтеве за сервисирањем, а затим дизајнирате интерфејс као један координиран систем. Ако планирате пројекат, те спецификације су такође оно што добављач треба да изради априлагођени ротациони спој и склоп клизног прстенакоји одговара вашој машини први пут.